JP5317422B2 - Motor control device, motor control method, and electric vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、モータの制御装置、モータの制御方法、電動車両に関する。 The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and an electric vehicle.
スイッチトリラクタンスモータ(以下、SRモータという)は、突極構造を有する回転子と固定子とを有し、固定子の極ごとに巻装されたコイルに通電して磁力を発生させて回転子の突極を吸引することで回転駆動される。
ここで、SRモータをその出力が最大になるように制御するときは、予め設定された進角で通電の切り替えタイミングを決定し、目標トルクと回転数に対応してデューティを設定していた。例えば、特許文献1に開示されている制御方法では、目標トルクと回転数で検索すれば、電流目標値が得られるような電流マップメモリが設けられている。
Here, when controlling the SR motor so that its output is maximized, the energization switching timing is determined based on a preset advance angle, and the duty is set in accordance with the target torque and the rotational speed. For example, in the control method disclosed in
しかしながら、従来の制御方法では、進角は略一定の値が用いられ、進角を変化させる場合でも回転数の大小によって段階的に変化させるのみであった。さらに、進角の設定とデューティ(電流目標値)の設定が独立して行われるので、最も効率が良い条件でSRモータが運転されるとは限らなかった。このため、SRモータを電動バイク等のように電源容量が限られた装置に使用する場合には、モータ効率を最適化することが望まれていた。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、モータ効率を向上させることを主な目的とする。
However, in the conventional control method, a substantially constant value is used for the advance angle, and even when the advance angle is changed, the advance angle is only changed stepwise according to the magnitude of the rotational speed. Furthermore, since the setting of the advance angle and the setting of the duty (current target value) are performed independently, the SR motor is not always operated under the most efficient conditions. For this reason, when the SR motor is used in an apparatus having a limited power source capacity such as an electric motorcycle, it has been desired to optimize the motor efficiency.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to improve motor efficiency.
上記の課題を解決する本発明の請求項1に係る発明は、目標トルク及び回転数の組み合わせに対してモータの通電を切り換えるタイミングを演算するときの進角を前記モータのコイルに通電する際のデューティを100%に設定した状態の値として関連付け目標トルクに応じて進角が段階的に変化する進角制御マップと、目標トルク及び回転数に対してモータに通電する際のデューティを関連付け、前記進角制御マップで選択された進角で得られるトルクを目標トルクに調整するようなデューティが得られるデューティ制御マップと、前記進角制御マップおよび前記デューティ制御マップに基づいて、目標トルクに応じて段階的に進角を変化させ、当該目標トルクに応じてデューティを変化させる制御部と、を有することを特徴とするモータの制御装置とした。
このモータの制御装置は、目標トルク及び回転数に応じて、進角とデューティのそれぞれを制御する。進角制御マップで決定された進角で通電制御をしたときに得られるトルクが目標トルクに一致するようにデューティの値が変化させられる。
The invention according to
The motor control device controls the advance angle and the duty in accordance with the target torque and the rotational speed. The duty value is changed so that the torque obtained when the energization control is performed at the advance angle determined by the advance angle control map matches the target torque.
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1に記載のモータの制御装置と、目標トルクの入力手段であって運転者が回動操作するグリップと、前記モータで回転駆動させる駆動輪の回転数を検出する回転検出センサと、を有することを特徴とする電動車両とした。
このモータの制御装置は、運転者によるグリップの操作量を目標トルクとして捕らえ、回転数は回転検出センサで実測する。このようにして得られる目標トルク及び回転数に応じて進角制御及びデューティ制御を行う。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a motor control device according to the first aspect, a grip that is a target torque input means that is rotated by a driver, and a drive wheel that is rotated by the motor. An electric vehicle having a rotation detection sensor for detecting the number of rotations.
This motor control device captures the amount of grip operation by the driver as a target torque, and the rotational speed is measured by a rotation detection sensor. The advance angle control and the duty control are performed according to the target torque and the rotational speed obtained in this way.
本発明の請求項3に係る発明は、目標トルク及び回転数の組み合わせに対してモータの通電を切り換えるタイミングを演算するときの進角を前記モータのコイルに通電する際のデューティを100%に設定した状態の値として関連付け目標トルクに応じて進角が段階的に変化する進角制御マップ、および目標トルク及び回転数に対してモータに通電する際のデューティを関連付け、前記進角制御マップで選択された進角で得られるトルクを目標トルクに調整するようなデューティが得られるデューティ制御マップに基づいて、目標トルク及び回転数からなる動作点の情報で、目標トルクに応じて段階的に進角を変化させ、当該目標トルクに応じてデューティを変化させることによって、その動作点におけるモータの通電を切り換えるタイミングを演算するときの進角を決定するステップと、前記動作点におけるモータに通電する際のデューティとして、決定した前記進角で運転させたときに得られるトルクと目標トルクが一致するように調整するデューティを決定するステップと、決定した前記進角及び前記デューティに基づいてモータの通電制御を行うステップと、を有することを特徴とするモータの制御方法とした。
このモータの制御方法は、進角を決定するステップとデューティを決定するステップを実施することで、目標トルク及び回転数に応じて、進角とデューティのそれぞれを制御する。進角を決定するステップとデューティを決定するステップはどちらを先に実施しても良い。
In the invention according to claim 3 of the present invention, the advance angle when calculating the timing for switching the energization of the motor with respect to the combination of the target torque and the rotational speed is set to 100% the duty when energizing the coil of the motor. The advance angle control map in which the advance angle changes stepwise according to the associated target torque as the value of the related state, and the duty when the motor is energized with respect to the target torque and the rotation speed are selected in the advance angle control map Based on a duty control map that obtains a duty that adjusts the torque obtained by the advanced angle to the target torque, it is information on the operating point consisting of the target torque and the rotational speed , and the advance angle is stepwise according to the target torque. It is varied, by varying the duty according to the target torque, switching the energization of the motor at the operating point timing The step of determining the advance angle when calculating the motor and the duty when energizing the motor at the operating point is adjusted so that the torque obtained when operating at the determined advance angle matches the target torque. The motor control method includes a step of determining a duty, and a step of performing energization control of the motor based on the determined advance angle and the duty.
The motor control method controls the advance angle and the duty according to the target torque and the rotational speed by executing the step of determining the advance angle and the step of determining the duty. Either the step of determining the advance angle or the step of determining the duty may be performed first.
本発明によれば、目標トルク及び回転数に応じて進角とデューティのそれぞれを制御するようにしたので、従来のように進角をほとんど変化させずにデューティの増減で目標トルクの増減に対応させていた場合に比べ、モータの運転効率を向上させることができる。 According to the present invention, since the advance angle and the duty are controlled according to the target torque and the rotational speed, the target torque can be increased or decreased by changing the duty without changing the advance angle as in the prior art. Compared with the case where it was made to operate, the operating efficiency of a motor can be improved.
発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1にSRモータを用いた電動車両の一例として電動バイクの概略構成を示す。
電動バイク1は、車体2に回動自在に支持されたフロントフォーク3に前輪4が支持されており、フロントフォーク3の上端に設けられたハンドル5で前輪4を操舵可能になっている。車体2には、運転者が着座するシート6が取り付けられると共に、駆動輪である後輪7が回転自在に支持されている。後輪7には、SR(スイッチトリラクタンス)モータ8が内蔵されており、車体2に固定された制御装置10からの出力で回転駆動されるようになっている。制御装置10には、ハンドル5に設けられたアクセルグリップ11の出力と、後輪7の回転を検出する回転検出センサ12の出力とが接続されている。
The best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric motorcycle as an example of an electric vehicle using an SR motor.
In the
SRモータ8は、車体2側に固定されたステータ21の外周にロータ22が回転自在に支持されたアウターロータタイプになっている。ステータ21は、外周に複数の突極23が等間隔に24個突設されている。各突極23には、コイル24が巻装されている。ロータ22は、内周に突極25が等間隔に16個突設されている。
The SR
制御装置10は、バッテリ31から直流電圧が印加されてSRモータ8のコイル24に電流を出力するインバータ32と、インバータ32を制御する制御部33とを有する。制御部33は、マイコンを備え、アクセルグリップ11の出力信号と、回転検出センサ12の出力信号に基づいてインバータ32のスイッチング素子のON−OFFを切り換える構成を有する。さらに、制御部33には、進角制御マップ35と、デューティ制御マップ36が設けられており、進角やデューティの制御が可能になっている。
The
図2に示すように、進角制御マップ35は、回転数及び目標トルクの組み合わせに対して進角が1通りに求まるように構成されている。進角制御マップ35は、デューティを100%にしてSRモータ8を回転させたときに、特定の回転数で特定の目標トルクが得られるような進角を調べて作成してある。例えば、回転数がゼロでは、目標トルクが増加するに従って進角が段階的に減少している。これに対して回転数が増加した領域では、同じ回転数でも目標トルクが増加するに従って進角が段階的に増加する。同じ目標トルクでは、回転数がゼロより大きい領域であれば、回転数が増加するに従って進角が増加する。
As shown in FIG. 2, the advance
図3に示すように、デューティ制御マップ36は、回転数及び目標トルクの組み合わせに対してデューティが1通りに求まるように構成されている。デューティ制御マップ36は、トルクとデューティの関係を回転数ごとに調べて作成してあり、進角制御マップ35で決定される進角で目標トルクが得られるようなデューティが得られるように構成されている。例えば、回転数がゼロの領域では、目標トルクが減少すればデューティも減少する。回転数がゼロより大きい領域では、目標トルクの増加に伴ってデューティが増減する。
As shown in FIG. 3, the
図1に示すアクセルグリップ11は、運転者が回転操作できるようにハンドル5に設けられており、操作量に応じた信号が制御装置10に出力されるようになっている。この電動バイク1でアクセルグリップ11の操作量の情報は、目標トルクとして取り扱われる。つまり、アクセルグリップ11の回転量に比例して目標トルクの値が大きくなる。
回転検出センサ12は、後輪7の回転数を検出できるセンサであれば如何なる構成でも良い。インホイールモータタイプの電動バイク1で、SRモータ8の回転を減速させることなく後輪7に伝達する場合は、ロータ22の回転を検出するロータリエンコーダを使用できる。
The
The
次に、SRモータ8の制御方法について説明する。
運転者がアクセルグリップ11を回転操作すると、操作量の情報が制御装置10の制御部33に入力される。さらに、回転検出センサ12の出力信号も制御部33に入力される。制御部33は、アクセルグリップ11の操作量から目標トルクを算出し、回転検出センサ12の出力信号から回転数を算出する。そして、目標トルクと回転数の組み合わせ(以下、動作点という)で進角制御マップ35を検索して進角を決定する。同様に、同じ動作点でデューティ制御マップ36を検索してデューティを決定する。このときの進角は、その動作点で効率の良い通電切替が可能な値が選択される。さらに、デューティは、選択された進角で目標トルクが得られるように調整されたデューティが選択される。
Next, a method for controlling the
When the driver rotates the
例えば、動作点から抽出される進角でデューティを100%にしたときに目標トルクを達成させているとき、アクセルグリップ11の回転量が減って目標トルクが減少した場合を考える。減少量が少ない場合は、進角制御マップ35を検索しても減少前と同じ進角が得られる。これに対して、デューティ制御マップ36の検索結果として100%より低いデューティが得られる。このように、減少量が少ない領域では進角は変えずにデューティを変化させる。
減少量が大きくなると、進角制御マップ35を検索したときに得られる進角の値が小さくなる。デューティ制御マップ36からは、減少させた進角で運転させたときに目標トルクが得られるようなデューティが検索される。このように、変化が大きい領域では、進角及びデューティを共に変化させる。
そして、目標トルクが増加する場合にも、これらの処理と同様に進角及びデューティをマップ35,36の検索結果に応じて適宜変化させる。デューティ制御マップ36は、進角の変化を考慮して作成されているので、進角制御マップ35の検索とデューティ制御マップ36の検索は、どちらを先に実施しても良い。
For example, consider a case where the target torque is reduced by reducing the amount of rotation of the
As the amount of decrease increases, the value of the advance angle obtained when searching the advance
Even when the target torque increases, the advance angle and the duty are appropriately changed according to the search results of the
制御部33は、マップ検索で決定した進角に応じて通電の切り換えタイミングを決定し、マップ検索で決定したデューティになるようにインバータ32に駆動信号を出力する。インバータ32がステータ21のコイル24への通電を制御し、ロータ22を回転させる。そして、ロータ22と一体に固定されている後輪7が回転する。
The
この実施の形態では、制御部33に進角制御マップ35とデューティ制御マップ36を設け、回転数及び目標トルクの組み合わせで最も出力が得られる進角を決定すると共に、デューティを変化させることで目標トルクに一致するように調整するので、モータ効率を最適化し易くなる。このようなシステムを電動バイク1に使用することで、効率の良い運転が可能になる。
In this embodiment, an advance
ここで、この実施の形態におけるSRモータ8の効率を測定した結果を表1に示す。計測に使用したSRモータ8は、ステータ21が24極でロータ22が16極のものを使用し、400rpmにおいて負荷を9.5Nm、13.4Nm、17.3Nm、21.2Nmの4通りに変化させ、それぞれにおけるモータ効率を測定した。表1には、比較として、従来の制御装置によるモータ効率を調べた結果も載せている。
Here, Table 1 shows the results of measuring the efficiency of the
従来の制御装置では、進角が固定され、負荷が増大するごとにデューティを徐々に増大させている。これに対して、この制御装置10では、回転数が同じでも負荷の違いによって進角が2°、3.5°、5°のように異なる値が選択される。負荷が低い方から3つ目までの負荷条件では、進角とデューティの2つを同時に制御して最適化を図ることでモータ効率が従来の制御装置に比べて向上した。4つ目の負荷条件では、結果的に同じ進角及びデューティになっていたので両者の間に差は生じなかった。なお、この制御装置10による制御でデューティは、全てにおいて100%になっているが、負荷の値が異なれば同じ回転数でもデューティの値が異なることがある。
また、従来の装置では、進角が固定され、負荷が増大する度にデューティを徐々に増大させるので、アクセルグリップの操作量をデューティにしていた。これに対して、この実施の形態では、アクセルグリップの操作量を目標トルクとして扱うことで、デューティの調整が可能になって、運転の効率化が図れた。
In the conventional control device, the advance angle is fixed, and the duty is gradually increased as the load increases. On the other hand, in this
Further, in the conventional apparatus, the advance angle is fixed, and the duty is gradually increased every time the load increases. Therefore, the operation amount of the accelerator grip is set to the duty. On the other hand, in this embodiment, the operation amount of the accelerator grip is handled as the target torque, so that the duty can be adjusted and the driving efficiency can be improved.
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、SRモータ8のステータ21及びロータ22の極数は、図示したものに限定されない。
トルクセンサやインバータ32に設けたシャント抵抗などの電流センサを設け、これらの情報を制御部33に入力することでさらに最適な進角及びデューティを演算するようにしても良い。
制御装置10を用いたシステムは、電動バイク1に限定されない。その他の車両であっても良い。
Note that the present invention can be widely applied without being limited to the above-described embodiment.
For example, the numbers of poles of the
A torque sensor or a current sensor such as a shunt resistor provided in the
The system using the
1 電動バイク(電動車両)
8 SRモータ
10 制御装置
11 アクセルグリップ
12 回転検出センサ
35 進角制御マップ
36 デューティ制御マップ
1 Electric motorcycle (electric vehicle)
8
Claims (3)
目標トルク及び回転数に対してモータに通電する際のデューティを関連付け、前記進角制御マップで選択された進角で得られるトルクを目標トルクに調整するようなデューティが得られるデューティ制御マップと、
前記進角制御マップおよび前記デューティ制御マップに基づいて、目標トルクに応じて段階的に進角を変化させ、当該目標トルクに応じてデューティを変化させる制御部と、
を有することを特徴とするモータの制御装置。 Depending on the target torque associated with the value of the state in which the duty when energizing the coil of the motor is set to 100%, the advance angle when calculating the timing of switching the energization of the motor with respect to the combination of the target torque and the rotational speed An advance control map in which the advance angle changes stepwise ,
A duty control map that associates a duty when energizing the motor with respect to the target torque and the rotational speed, and obtains a duty that adjusts the torque obtained at the advance angle selected in the advance angle control map to the target torque;
Based on the advance control map and the duty control map is changed stepwise advance angle in accordance with the objectives torque, and a control unit for changing the duty according to the target torque,
A motor control device comprising:
目標トルクの入力手段であって運転者が回動操作するグリップと、
前記モータで回転駆動させる駆動輪の回転数を検出する回転検出センサと、
を有することを特徴とする電動車両。 A motor control device according to claim 1;
A grip that is an input means of the target torque and is rotated by the driver;
A rotation detection sensor that detects the number of rotations of a drive wheel that is driven to rotate by the motor;
An electric vehicle comprising:
前記動作点におけるモータに通電する際のデューティとして、決定した前記進角で運転させたときに得られるトルクと目標トルクが一致するように調整するデューティを決定するステップと、
決定した前記進角及び前記デューティに基づいてモータの通電制御を行うステップと、
を有することを特徴とするモータの制御方法。 Depending on the target torque associated with the value of the state in which the duty when energizing the coil of the motor is set to 100%, the advance angle when calculating the timing of switching the energization of the motor with respect to the combination of the target torque and the rotational speed The advance angle control map in which the advance angle changes stepwise, and the duty when the motor is energized to the target torque and the rotational speed are related, and the torque obtained by the advance angle selected in the advance angle control map is the target torque. Based on the duty control map that provides the duty to be adjusted to, the operating point information consisting of the target torque and the rotational speed , the advance angle is changed stepwise according to the target torque, and the duty according to the target torque by varying the, to determine the advance of the time for calculating the timing of switching the energization of the motor at the operating point And the step,
Determining the duty to be adjusted so that the torque obtained when the motor is operated at the determined advance angle and the target torque are matched as the duty when energizing the motor at the operating point;
Performing energization control of the motor based on the determined advance angle and the duty;
A method for controlling a motor, comprising:
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